Свойства какого тела изучают в физике
Вещество может находиться в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Молекулярная физика — раздел физики, в котором изучаются физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на основе их молекулярного строения.
Тепловое движение — беспорядочное (хаотическое) движение атомов или молекул вещества.
ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ
Молекулярно-кинетическая теория — теория, объясняющая тепловые явления в макроскопических телах и свойства этих тел на основе их молекулярного строения.
Основные положения молекулярно-кинетической теории:
- вещество состоит из частиц — молекул и атомов, разделенных промежутками,
- эти частицы хаотически движутся,
- частицы взаимодействуют друг с другом.
МАССА И РАЗМЕРЫ МОЛЕКУЛ
Массы молекул и атомов очень малы. Например, масса одной молекулы водорода равна примерно 3,34*10 -27 кг, кислорода — 5,32*10 -26 кг. Масса одного атома углерода m0C=1,995*10 -26 кг
Относительной молекулярной (или атомной) массой вещества Mr называют отношение массы молекулы (или атома) данного вещества к 1/12 массы атома углерода:(атомная единица массы).
Количество вещества — это отношение числа молекул N в данном теле к числу атомов в 0,012 кг углерода NA:
Моль — количество вещества, содержащего столько молекул, сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода.
Число молекул или атомов в 1 моле вещества называют постоянной Авогадро:
Молярная масса — масса 1 моля вещества:
Молярная и относительная молекулярная массы вещества связаны соотношением: М = Мr*10 -3 кг/моль.
СКОРОСТЬ ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ
Несмотря на беспорядочный характер движения молекул, их распределение по скоростям носит
характер определенной закономерности, которая называется распределением Максвелла.
График, характеризующий это распределение, называют кривой распределения Максвелла. Она показывает, что в системе молекул при данной температуре есть очень быстрые и очень медленные, но большая часть молекул движется с определенной скоростью, которая называется наиболее вероятной. При повышении температуры эта наиболее вероятная скорость увеличивается.
ИДЕАЛЬНЫЙ ГАЗ В МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКОЙ ТЕОРИИ
Идеальный газ — это упрощенная модель газа, в которой:
- молекулы газа считаются материальными точками,
- молекулы не взаимодействуют между собой,
- молекулы, соударяясь с преградами, испытывают упругие взаимодействия.
Иными словами, движение отдельных молекул идеального газа подчиняется законам механики. Реальные газы ведут себя подобно идеальным при достаточно больших разрежениях, когда расстояния между молекулами во много раз больше их размеров.
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории можно записать в виде
Скорость называют средней квадратичной скоростью.
ТЕМПЕРАТУРА
Любое макроскопическое тело или группа макроскопических тел называется термодинамической системой.
Тепловое или термодинамическое равновесие — такое состояние термодинамической системы, при котором все ее макроскопические параметры остаются неизменными: не меняются объем, давление, не происходит теплообмен, отсутствуют переходы из одного агрегатного состояния в другое и т.д. При неизменных внешних условиях любая термодинамическая система самопроизвольно переходит в состояние теплового равновесия.
Температура — физическая величина, характеризующая состояние теплового равновесия системы тел: все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют
одну и ту же температуру.
Абсолютный нуль температуры — предельная температура, при которой давление идеального газа при постоянном объеме должно быть равно нулю или должен быть равен нулю объем идеального газа при постоянном давлении.
Термометр — прибор для измерения температуры. Обычно термометры градуируют по шкале Цельсия: температуре кристаллизации воды (таяния льда) соответствует 0°С, температуре ее кипения — 100°С.
Кельвин ввел абсолютную шкалу температур, согласно которой нулевая температура соответствует абсолютному нулю, единица измерения температуры по шкале Кельвина равна градусу Цельсия: [Т] = 1 К (Кельвин).
Связь температуры в энергетических единицах и температуры в градусах Кельвина:
где k = 1,38*10 -23 Дж/К — постоянная Больцмана.
Связь абсолютной шкалы и шкалы Цельсия:
T = t + 273
где t — температура в градусах Цельсия.
Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул газа пропорциональна абсолютной температуре:
Средняя квадратичная скорость молекул
Учитывая равенство (1), основное уравнение молекулярно-кинетической теории можно записать так:
p=nkT
УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
Пусть газ массой m занимает объем V при температуре Т и давлении р, а М— молярная масса газа. По определению, концентрация молекул газа: n = N/V, где N-число молекул.
Подставим это выражение в основное уравнение молекулярно-кинетической теории:
Величину R называют универсальной газовой постоянной, а уравнение, записанное в виде
называют уравнением состояния идеального газа или уравнением Менделеева-Клапейрона. Нормальные условия — давление газа равно атмосферному ( р = 101,325 кПа) при температуре таяния льда ( Т = 273,15 К ).
1. Изотермический процесс
Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре называют изотермическим.
Если Т =const, то
Закон Бойля-Мариотта
Для данной массы газа произведение давления газа на его объем постоянно, если температура газа не меняется: p1V1=p2V2 при Т = const
График процесса, происходящего при постоянной температуре, называется изотермой.
2. Изобарный процесс
Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении называют
изобарным.
Закон Гей-Люссака
Объем данной массы газа при постоянном давлении прямо пропорционален абсолютной температуре:
Если газ, имея объем V0 находится при нормальных условиях: а затем при постоянном давлении переходит в состояние с температурой Т и объемом V, то можно записать
Обозначив
получим V=V0T
Коэффициент называют температурным коэффициентом объемного расширения газов. График процесса, происходящего при постоянном давлении, называется изобарой.
3. Изохорный процесс
Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме называют изохорным. Ecли V = const , то
Закон Шарля
Давление данной массы газа при постоянном объеме прямо пропорционально абсолютной температуре:
Если газ, имея объем V0,находится при нормальных условиях:
а затем, сохраняя объем, переходит в состояние с температурой Т и давлением р, то можно записать
График процесса, происходящего при постоянном объеме, называется изохорой.
Пример. Каково давление сжатого воздуха, находящегося в баллоне вместимостью 20 л при 12°С, если масса этого воздуха 2 кг?
Из уравнения состояния идеального газа
определим величину давления:
Ответ: давление сжатого воздуха равно 8,2 *10 6 Па.
Материя — это всё то, что существует во Вселенной независимо от нашего сознания.
Физика как наука зародилась очень давно. Попытки объяснить явления природы были в Китае, в Древней Греции и Индии. Первоначально физикой занимались философы, богословы, астрономы, мореплаватели, врачи. В (IV) веке до н. э. Аристотель ввёл понятие «ФИЗИКА» (от греческого слова «фюзис» — природа).
В русском языке слово «физика» появилось в (XVIII) веке благодаря Михаилу Васильевичу Ломоносову — учёному-энциклопедисту, основоположнику отечественной науки, философу-материалисту, поэту, заложившему основы современного русского языка, выдающемуся деятелю просвещения, который перевёл с немецкого первый учебник по физике. Именно тогда в России и стали серьёзно заниматься этой наукой.
Физика изучает мир, в котором мы живём, явления, в нём происходящие, открывает законы, которым подчиняются эти явления. Главная задача физики — познать законы природы, свойства различных веществ и поставить их на службу человеку.
Вещество — это один из видов материи, из которого состоят все физические тела.
В физике каждое из окружающих нас тел принято называть физическим телом. Измерить какую-нибудь физическую величину — это значит сравнить её с однородной величиной, принятой за единицу.
Установив фундаментальные законы природы, человек использует их в процессе своей деятельности. Мы широко пользуемся электрическими приборами: плитами, чайниками, утюгами, пылесосами, холодильниками. Создание этих приборов стало возможным благодаря изучению электрических явлений и свойств различных материалов. Трудно представить нашу жизнь без радио и телевидения, компьютеров и сотовых телефонов, изобретением которых мы также обязаны физике.
Итак, физика изучает явления природы.
В жизни мы постоянно сталкиваемся с различными изменениями, которые происходят в окружающем нас мире.
В физике эти изменения принято называть физическими явлениями. Источником физических знаний являются наблюдения и опыты.
Задача физики состоит в том, чтобы открывать различные закономерности, которые позволяют объяснить и объединить разные физические явления.
Каждый вид физических явлений изучает отдельный раздел физики (механика, электродинамика, оптика, термодинамика, акустика и другие). Но эти разделы тесно взаимосвязаны и образуют единую стройную физическую науку, которая позволяет описать и объяснить причины самых разнообразных явлений природы — от образования галактик до процессов внутри атомов — кирпичиков, из которых состоит всё, что мы видим вокруг себя, включая нас самих.
Явления делятся следующим образом.
1. Механические явления.
Движение автомобиля | Полёт самолёта | Движение планет |
Вращение Земли | Ход часов | Скатывание шарика по наклонной плоскости |
2. Электрические явления.
Молния | При замыкании электрической цепи загорается лампочка | Ионизация воздуха электрическим полем |
Работают электроизмерительные приборы | Нагревается утюг | Шаровая молния |
3. Магнитные явления.
Действие магнитов | Влияние Земли на стрелку компаса | Движение поезда на магнитной подушке |
4. Световые (оптические) явления.
Свет молнии | Северное сияние | Свечение лампочки |
Световой столб | Радуга | Радужные переливы на поверхности мыльного пузыря |
5. Тепловые явления.
Источник тепла на Земле — Солнце | Таяние льда | Извержение вулкана |
Тепловое расширение газа в двигателе внутреннего сгорания | Кипение воды | Радиаторы отопления обогревают помещение |
6. Звуковые явления.
Хоровое пение | Звук от волн морского прибоя | Колебания струн скрипки |
Пение птиц | Звон колоколов | Колебания воздуха в духовых музыкальных инструментах |
Источники:
Пёрышкин А. В. Физика. 7 кл. — 14-е изд., стереотип. — М.: Дрофа, 2010.
Вы начинаете знакомство с одной из интереснейших наук «физикой». Самые простые вещи, которые мы используем каждый день, такие как: телевизор, холодильник, мобильный телефон и многие другие – устроены на основе физических принципов и законов.
Слово «физика» появилось впервые в трудах греческого философа Аристотеля и означает «природа».
В России это слово стало известно благодаря величайшему деятелю науки – Михаилу Васильевичу Ломоносову.
Физика – одна из основных наук о природе.
Посмотрите вокруг: все, что нас окружает, находится в непрерывном движении, постоянно изменяется. Эти изменения называются «явлениями».
Явления – это изменения, происходящие с телами и веществами в окружающем мире.
Но ведь и другие науки изучают природу: биология, география, астрономия, химия.
Например, география изучает поведение ветров; химия — состав веществ, например, жидкостей, и их строение; астрономия — изменение положения звезд на небе.
Так какие же из явлений будет изучать физика?
Эта наука будет изучать физические явления.
Физические явления – это любые превращения вещества или проявления его свойств, происходящие без изменения состава вещества.
Кипение воды в кастрюле на плите, радуга, таяние льда, движение намагниченной стрелки компаса – все это физические явления.
Физические явления разделяют на:
• Механические. Например, движение автомобиля.
• Электрические. Например, молния, загорание лампочки.
• Магнитные. Положение стрелки компаса, притяжение магнитом мелких металлических предметов.
• Световые. Свечение лампочки, флуоресцентные, светящиеся в темноте игрушки.
• Тепловые. Таяние льда, закипание воды.
• Звуковые. Гром, звучание радио, звучание музыкальных инструментов.
Основная задача физики состоит в том, чтобы открывать и изучать законы, которые связывают между собой все эти различные физические явления.
Перед вами физические явления: cигнал будильника, таяние мороженого, полет стрелы, притяжение гвоздей к магниту, электризация шерстяного свитера, вспышка фотоаппарата.
К какой группе будут относиться эти явления: механические явления, электрические явления, магнитные явления, световые явления, тепловые явления, звуковые явления.
К механическим явлениям будет относиться полёт стрелы. К электрическим явлениям – электризация шерстяного свитера. К магнитным явлениям — притяжение гвоздей к магниту. Вспышка фотоаппарата – это световые явления. А таяние мороженого — к тепловым явлениям. Сигнал будильника будет относиться к звуковым явлениям.
Физика оперирует специальными словами – терминами. Сейчас мы познакомимся с некоторыми из них.
Посмотрите вокруг. Что вас окружает?
Все предметы и объекты вокруг вас, будь то книга, стол, человек, на «языке» физики называются физическим телом или просто — телом.
Чем отличаются физические тела друг от друга? Они имеют различную форму или объем. Некоторые тела могут быть одинакового объема, но разной формы.
Например, перельем жидкость из цилиндрического сосуда в конусообразный сосуд, такого же объема. При этом объем жидкости сохраняется, но изменяется форма.
Некоторые тела могут иметь одинаковую форму, но разный объем.
На экране изображены предметы. В чем их отличие? (Картинка – две одинаковые линейки (2 чашки, 2шара, 2 цилиндра или др.) – одна деревянная, вторая металлическая или пластмассовая).
Тела могут состоять из различных веществ.
Вешалка – из пластмассы.
Стакан – из стекла.
Кольцо – из золота.
Лампочка – из стекла, меди, вольфрама.
Давайте еще раз вспомним основные понятия физики:
машина – физическое тело; то из чего состоит машина — вещество;
движение автомобиля – это физическое явление.
А теперь поработайте с физическими терминами самостоятельно.
Заполните таблицу. Определите, к какому физическому термину можно отнести следующие картинки: книга, водопад, золото, масло, Луна, таяние, эхо, подводная лодка?
Физическое тело | Вещество | Явление |
книга | золото | водопад |
Луна | масло | таяние |
подводная лодка | эхо |
К физическим телам будут относиться: книга, Луна, подводная лодка; к веществам – золото и масло; к явлениям — водопад, таяние, эхо.
Сегодня мы приоткрыли завесу в этот удивительный и загадочный мир физики. Изучая физические законы, мы сможем лучше понять и объяснить различные физические явления, которые происходят с физическими телами, состоящих из различных веществ, различных по объему и массе.
Предметом изучения многих разделов физики является поведение физических тел, их свойства и особенности взаимодействия друг с другом.
Однако, прежде чем приступать к их изучению, необходимо определить, что такое физическое тело и какими характеристиками оно обладает.
Физическое тело – определение
В физике, говоря о физическом теле, подразумевают некий материальный объект, обладающий формой, определённой внешней границей, отделяющей его от других тел и внешней среды, а также соответствующим этой форме объемом и массой.
Помимо вышеперечисленных базовых характеристик, физическое тело может обладать рядом других свойств – плотностью, прозрачностью, твёрдостью/упругостью и т.д. Все предметы, которые нас окружают, являются физическими телами. Чашка, письменный стол, мяч, книга, грузовик – все они с точки зрения физики являются физическими телами.
Физики различают простые тела, обладающие простой геометрической формой, и составные, которые представляют собой скреплённые между собой комбинации простых тел. Такое представление необходимо для упрощения расчётов, особенно в случаях, когда внутреннее состояние физического тела не играет большой роли в исследуемом процессе. К примеру, тело человека можно рассматривать как совокупность шаров и цилиндров.
Свойства физических тел
Помимо формы, объёма и массы, физические тела характеризуются рядом других свойств, которые могут иметь важное значение для различных ситуаций. Так, одинаковые по объёму тела нередко различаются по массе и, соответственно, по плотности. Кроме того, в ряде случаев важны и другие характеристики тел — их твёрдость, хрупкость, упругость, магнитные свойства, прозрачность, теплопроводность, однородность, электропроводность и т.д. Во многом эти свойства зависят от материалов, из которых состоят физические тела.
Так, шары, изготовленные из резины, бетона, шерсти, стекла и стали, будут иметь совершенно разные наборы физических свойств. Однако их свойства будут иметь значение лишь в том случае, когда исследуются взаимодействия тел друг с другом – например, необходимо выяснить степень деформации тех или иных тел при столкновении.
Абсолютно твёрдое тело, материальная точка и другие абстракции
В некоторых разделах физики тела рассматриваются не в совокупности присущих им свойств, а как некие абстракции, которым присваиваются идеальные характеристики. Так в механике все тела представлены как материальные точки, без учёта их массы и других физических свойств. Эта дисциплина изучает движение материальных точек без учёта их реальных размеров и массы, поскольку для решения ряда задач эти величины не важны. Если вы рассчитываете среднюю скорость поезда на определённом интервале пути, вам совершенно не нужно знать, сколько в поезде вагонов.
Нередко физики для выполнения каких-либо расчётов используют понятие абсолютно твёрдого тела. Оно никогда не подвергается деформации, его центр массы не смещается, что позволяет без лишнего усложнения моделировать ряд процессов. Для решения термодинамических задач удобно бывает использовать абсолютно чёрное тело – абстрактный предмет, поглощающий все излучения, падающие на его поверхность.
При этом само тело может излучать электромагнитные волны, если того требует поставленная задача. В случаях, когда форма физического тела не имеет значения, подразумевается, что оно имеет форму шара.
Физическое тело и физическое явление
Физика как наука возникла из-за необходимости выявления законов поведения физических тел и механизмов образования природных явлений. Фактически, все изменения в нашей среде обитания, не связанные с деятельностью человека, являются природными явлениями. Большинство из них полезны людям, но встречаются и опасные, и даже катастрофические природные явления.
Людям необходимо исследовать свойства и поведение физических тел, которые принимают в них участие, чтобы научиться предсказывать неблагоприятные явления, предупреждать их либо уменьшать наносимый ими вред. Так, пагубное действие морских волн давно научились снижать путём строительства волноломов – бетонных выступов, заходящих в море на десятки метров и разбивающих единый фронт волны.
Разрушительный эффект землетрясений преодолевается строительством сейсмоустойчивых зданий особой конструкции. Чтобы уменьшить повреждения при контакте автомобиля с твердыми объектами, несущим конструкциям его кузова придаётся особая форма. Всё это стало возможным благодаря изучению характеристик физических тел.
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )